[发明专利]一种基于剂量-效应简化转录组的预测化学品胚胎发育毒性的方法

说明书

本发明公开了一种基于剂量‑效应简化转录组预测化学品胚胎发育毒性的计算方法，属于预测毒理学领域。本发明通过系统地整合高通量测试数据进行打分计算，来预测化学品胚胎毒性，并识别化学品的关键毒性机制。本发明的计算方法以关键事件(KE)间相关证据为依据，利用剂量‑效应简化转录组等高通量分子测试数据对斑马鱼发育相关的有害结局路径(AOP)进行激活打分计算。本发明比传统的胚胎发育毒性测试更加高效、更加敏感，实现了高效的基于化学品致毒机制的毒性预测，可以通过低剂量化学品对早期胚胎转录水平的影响来预测更长生命阶段的发育毒性效应，识别化学品的致毒机制，区分不同致毒模式的化学品。

技术领域

本发明属于预测毒理学领域，具体涉及一种基于剂量-效应简化转录组的预测化学品胚胎发育毒性的方法。

背景技术

化学品风险管理亟需基于致毒机制，通过系统地整合高通量测试数据，对化学品毒性进行准确预测的方法。全球化学品种类繁多，且新型化学品数目增长迅速，低效率的传统体内毒性测试方法远无法满足当前化学品测试的需求，大量化学品缺乏毒性数据。为了解决化学品管理的这一难题，近年来替代测试方法快速发展，如体外测试、组学能够提供丰富的化学品致毒的分子机制信息。美国环保署(US EPA)开展了Toxcast毒理学预测研究项目，目前已对一万多种化学品完成了高通量、标准的体外的靶向测试，用于基于剂量-效应关系的化学品的毒性预测和风险预筛。组学测试技术能够全面、敏感、快速地评估分子致毒机制，但受限于成本高昂，难以实现多浓度的化学品测试。简化转录组测试技术，针对少量的关键基因的转录表达水平，能够实现基于剂量-效应的高通量转录组测试5-6。然而，面对海量的化学品分子测试数据，如何实现毒性预测是我们当前面临一个新问题。

预测毒理学是通过研究和构建化学物质对生物体的分子毒性机制和有害结局(如个体毒性终点：死亡、致畸等)间的关系，实现通过早期分子响应去预测具有同样分子致毒机制的化学物质的有害结局。

有害结局路径(AOP)是支撑预测毒理学的一种重要理论框架，以从分子起始事件(MIE)，关键事件(KE)到个体有害结局(AO)逻辑关系为框架，为利用前端的关键事件预测有害结局提供了一种简化的思路，被越来越多地用于整合各水平的毒性测试进行毒性预测。基于AOP进行毒性预测关键是找到与AO相关且可信度高的，可以进行剂量-效应研究的KE，对AO进行有效预测。然而，目前基于AOP的化学品毒性预测研究，主要基于体外生物测试结果(如细胞活性测试，报告基因测试等)，难以反映完整机体的毒性效应。

基于AOP预测化学品对斑马鱼发育毒性的研究也仍处于探索阶段。化学品的胚胎发育毒性是表征化学品毒性的重要指标，一直都备受关注。斑马鱼胚胎毒性测试作为一种高效的体内替代测试方法被广泛应用于化学品胚胎毒性评估。斑马鱼简化转录组测试技术(RZT)，能够针对少量1627个斑马鱼关键基因实现高通量转录组测试，获得基于剂量-效应的生物学通路起始效应浓度(POD)，用于化学品的生物毒性效力评估。生物学通路描述了化学品与生物体内的生物分子发生一系列的生化反应，完成的某一具体的生物学过程，可以全面系统地反映化学品的致毒机制。然而，如何基于剂量-效应的生物学通路响应，实现对化学品斑马鱼胚胎发育毒性效应的预测，是当前预测毒理学的研究空白。

如何整合已有的高通量分子测试数据，建立系统的计算方法，实现对化学品毒性的准确预测是当前化学品管理面临一个新问题。

发明内容

1.要解决的问题

针对于现有技术中的化学品毒性预测存在的预测准确度不高、无法区分不同致毒模式化学品的问题，本研究旨在建立一种整合高通量测试数据对斑马鱼发育相关AOP打分的方法，不仅能够实现准确预测化学品对斑马鱼的胚胎发育毒性效应，还能够区分不同作用模式的化学品，从而识别化学品关键的致毒机制。

2.技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提供了一种基于剂量-效应简化转录组的预测化学品胚胎发育毒性的方法，包括以下步骤：